第一章 计算机网络和因特网（下）

目录

• • [1.5 面对攻击的网络](#1.5 面对攻击的网络)
  • • [1.5.1 怎么把**恶意程序**放进你的电脑？](#1.5.1 怎么把恶意程序放进你的电脑？)
    • [1.5.2 怎么攻击服务器和网络基础设施？------DoS / DDoS](#1.5.2 怎么攻击服务器和网络基础设施？——DoS / DDoS)
    • [1.5.3 坏家伙能"偷偷旁听"你的分组 ------ 嗅探攻击](#1.5.3 坏家伙能“偷偷旁听”你的分组 —— 嗅探攻击)
    • [1.5.4 坏家伙能"假装是别人"------IP 欺骗和身份伪装](#1.5.4 坏家伙能“假装是别人”——IP 欺骗和身份伪装)
  • [1.6 计算机网络和因特网的历史](#1.6 计算机网络和因特网的历史)
  • • [1.6.1 分组交换的发展（1961--1972）](#1.6.1 分组交换的发展（1961–1972）)
    • [1.6.2 专用网络和网络互联（1972--1980）](#1.6.2 专用网络和网络互联（1972–1980）)
    • [1.6.3 网络的激增（1980--1990）](#1.6.3 网络的激增（1980–1990）)
    • [1.6.4 因特网爆炸：20 世纪 90 年代](#1.6.4 因特网爆炸：20 世纪 90 年代)
    • [1.6.5 最新发展（2000 年以后）](#1.6.5 最新发展（2000 年以后）)

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1.5 面对攻击的网络

现在互联网已经变成大家生活、工作、政府、学校都离不开的基础设施，但只要有网络，就有"坏人"想搞破坏：

• 偷你的隐私（密码、身份证号、银行卡......）
• 让你依赖的服务瘫痪（网课上不了、网银打不开、公司业务停摆）
• 冒充别人骗你钱、骗你信息

这一节就是先做一个"安全预告片"，告诉你：

网络世界有什么典型的攻击方式，后面章节才会讲怎么防御。

1.5.1 怎么把恶意程序放进你的电脑？

关键词：恶意软件 malware、病毒 virus、蠕虫 worm、僵尸网络 botnet

1. 为什么你的电脑会被恶意软件感染？

因为你上网会做：

• 浏览网页、刷视频、刷微博/小红书
• 收发邮件
• 下载软件、点各种链接、插 U 盘......

这些正常的"好东西"里，有时会混进"坏东西"------

只要你点错、打开错文件，它就趁机安装到你设备上，这类带恶意目的的软件 统称为 恶意软件（malware）。

一旦感染，它可以干很多坏事，例如：

• 删除或破坏你的文件
• 偷你的密码、身份证号、银行卡号
• 暗中录键盘、截屏
• 在后台接收黑客命令，让你的电脑"悄悄帮他干活"

2. 僵尸网络（botnet）是啥？

如果坏人控制了成千上万台被感染的电脑，就像：

一个人偷偷当了"几十万电脑的老板"，它们都听他的。

这些被控制的电脑叫肉鸡 / 受控主机 ，一大群肉鸡组成的网络叫 僵尸网络 botnet。

黑客可以让这些肉鸡集体去：

• 群发垃圾邮件
• 对某个网站一起发动攻击（DDoS，下面会讲）

所以有时候你电脑很慢、风扇狂转、网络很卡，可能就是在帮别人干坏事还不自知。

3. 多数恶意软件是"自我复制"的

书里说：self-replicating 自我复制，就是说：

一旦感染一台主机，它会自己想办法"再去感染别的主机"。

这样坏软件就能像病毒一样越传越多，非常难收拾。

常见两种形式：

(1) 病毒（virus）

• 特点：需要人为"触发"
• 比如藏在一个带恶意代码的附件/程序里：
  • 你下载一个"XX 破解工具.exe"，双击运行；
  • 里面的恶意代码就开始干活；
  • 它可能把自己再复制到其他文件里，或者附着在其它程序上。

类比：

病毒更像"附着在文件上的毒药"，只有你喝下去（执行文件）才会发作。

(2) 蠕虫（worm）

• 特点：不需要你点，它自己在网络里传播
• 典型场景：
  • 有一个系统漏洞，没打补丁；
  • 蠕虫扫描网络，一旦发现某台机器有这个漏洞，就远程利用它、把自己复制过去，再从那台继续扩散。

类比：

蠕虫像会自己爬的虫子，到处钻墙缝，只要墙有洞（漏洞）它就能钻进去。

病毒 vs 蠕虫：一句话记忆

• 病毒：需要"你"运行带毒程序才发作；
• 蠕虫：自己在网络里主动找"没打补丁"的机器入侵。

1.5.2 怎么攻击服务器和网络基础设施？------DoS / DDoS

1. 什么是 DoS 攻击？

DoS（Denial of Service）= 拒绝服务攻击

目标：不是把服务器"黑进去"，而是：

把服务器或网络搞到"忙死 / 堵死"，

让正常用户用不了服务，产生"服务不可用"的效果。

常见攻击目标：

• Web 服务器（网站）
• 邮件服务器
• DNS 服务器
• 各种网络设备（路由器、防火墙......）

只要把关键服务打趴下，整个网站、公司、甚至国家的一些业务就可能瘫痪。

2. 三种主要 DoS 手段

书里列了三类：

(1) 弱点攻击

• 向某个有已知漏洞的程序/操作系统发送"精心构造的报文"；
• 程序没处理好这种特殊报文，就会崩溃、死机或重启。

类比：

有人知道你手机有个输入某种表情就会闪退的 bug，于是疯狂给你发那个表情，把你搞得一直闪退。

(2) 带宽洪泛（bandwidth flooding）

• 攻击者向目标发送巨量分组，把目标到网络之间那条链路占满；
• 结果是：合法用户的分组塞不进去→ 用户访问不了服务。

类比：

高速路被一群坏人开的车故意占满车道，普通人根本上不了高速。

(3) 连接洪泛（connection flooding）

• 攻击者不停地和目标服务器建立大量的半开/全开 TCP 连接；
• 服务器的连接资源有限，这些假连接占满位置后，真实用户就连不上了。

类比：

一个海底捞店有 50 个号位，有人用假手机不断排号占满座位，你却一直排不上。

3. 单点 DoS vs. 分布式 DDoS（图 1-25）

如果只是一台机器在攻击：

• 攻击带宽有限，上游路由器可能会很快发现这台机器很异常，直接把它拦掉。

但如果攻击者控制了一大堆"肉鸡"（僵尸网络）：

• 让上千台受控主机一起向目标发流量
• 每台的流量不一定非常夸张，但加起来巨大
• 源地址分散在全世界，很难区分哪些是真用户、哪些是"肉鸡"

这就叫 分布式拒绝服务攻击（DDoS），图 1-25 就是这个场景：

攻击者 → 控制很多受控站点 → 这些站点一起向受害者猛发流量

DDoS 比单台 DoS 更难检测、防御，是现实中非常常见的一种大规模攻击。

1.5.3 坏家伙能"偷偷旁听"你的分组 ------ 嗅探攻击

1. 嗅探器能干嘛？

场景：

• 你在咖啡馆连了公共 WiFi；
• 如果有人在旁边放了一台"被动的接收设备"，
  它就能悄悄收到通过这个无线信道的每一个分组的副本。

这些分组里可能有什么？

• 登录账号、密码
• 身份证号、银行卡号
• Cookie、会话令牌
• 各种隐私信息......

这个被动接收设备 + 嗅探软件就叫 分组嗅探器（packet sniffer）。

关键点：

它是"被动监听"，不往外发包，只是默默"旁听"，因此很难被发现。

2. 在有线环境也可以嗅探

• 很多传统 LAN（局域网）是广播式 的：
  • 一个分组发在局域网上，所有主机都能"收到"，只是正常主机不会乱看。
• 如果坏人把嗅探器接在某个集线器端口上，就能收到这整个 LAN 上的所有分组副本。

所以：

只要某人有权限接入到你所在的那条链路/路由器，就有机会偷偷记录流经那里的所有分组。

网络课中常用的抓包工具 Wireshark ，本质上就是一个合法的分组嗅探器，

老师会用它做实验，分析协议，并不是真的拿来偷别人数据。

3. 怎么防？

书这里只是抛一个概念，具体防御会在后面讲密码学与安全：

• 对敏感数据加密传输（HTTPS、WPA2/WPA3 等）
• 这样嗅探器即便抓到了分组，也只能看到一堆看不懂的密文。

1.5.4 坏家伙能"假装是别人"------IP 欺骗和身份伪装

1. IP 欺骗是啥？

在理论上，攻击者可以构造一个分组：

• 里面的源 IP 地址是假的（比如伪装成银行服务器的 IP）
• 发送到网络上后，对方看见这个分组，会以为真的是那台机器发来的

这叫 IP 欺骗（IP spoofing）

就像有人伪造快递单，把寄件人写成"某官方机构"，让你以为是真官方寄来的。

IP 欺骗只是"伪装成其他用户"的众多方式之一。

2. 为什么需要"端点鉴别"？

为了避免"我不知道你是谁还要跟你通信"的情况，需要一种机制：

让通信双方确认：

"你真的是你说的那个人 / 那台主机。"

这就叫 端点鉴别（authentication），比如：

• 账号密码登录
• 验证码、短信
• 数字证书（HTTPS 里用到）
• 数字签名 等等

后续章节会详细讲这些东西如何配合网络协议使用。

3. 互联网一开始为什么这么不安全？

书最后说了一句很关键的话：

互联网最早是按照"大家互相信任"的模型设计的。

默认任何用户发分组都是善意的，安全性不是设计重点。

但如今：

• 有垃圾邮件
• 有 IP 欺骗
• 有中间人攻击
• 有 DDoS
• 有恶意软件......

所以现代网络必须在"原本没考虑安全"的协议基础上，加各种安全机制 ：

比如 HTTPS、VPN、防火墙、入侵检测、防 DDoS 系统等等。

1.6 计算机网络和因特网的历史

1.6.1 分组交换的发展（1961--1972）

1. 那时候的世界：电话网是老大

• 20 世纪 60 年代初，全世界的通信主力是电话网络。
• 电话网采用的是"电路交换 "：
  • 打电话时，先为你们两人"独占"一条从这头到那头的线路；
  • 你说话期间，这条线路一直被你们占着，别人用不了；
  • 挂断后线路才释放。

对"人说话"很合适，但对计算机传数据 就很浪费：

计算机传输通常是"突发一下、停一会儿再传"，线路很多时间是空闲的。

问题：能不能有一种机制，让很多用户共享同一条线路，不用像电话那样"一个人霸占一条线"？

2. 分组交换的核心想法

这时，一些研究者提出了一个革命性点子：分组交换（packet switching）。

简单说就是：

不再给每个通信双方"独占一条线"，

而是把要发的数据 切成一个个小包（分组） ，

这些分组在网络里像"快递包裹"一样，

排队、转发、共享链路带宽。

好处：

• 多个用户可以同时使用同一条线路------谁有数据谁上
• 链路利用率高得多
• 更适合计算机那种"突发式"的传输

书里提到几个关键人物（名字可以不用死记）：

• Kleinrock：做排队论，用数学证明"分组交换"在理论上是可行、有效的。
• Paul Baran 、Donald Davies：从工程角度提出并研究分组交换网络的实际设计。

3. ARPANET 的诞生：第一个真正的分组交换计算机网络

美国国防高级研究计划局 ARPA（现在叫 DARPA）资助了一系列项目，

搞出了世界第一个分组交换计算机网络：ARPANET。

• 1969 年，第一批 4 台主机 通过分组交换机（叫 IMP）连在一起：
  • UCLA（加州大学洛杉矶分校）
  • SRI（斯坦福研究所）
  • UCSB（加州大学圣巴巴拉分校）
  • Utah（犹他大学）

这就是互联网最早的"原型"，相当于"四个学校连成了一个科研局域网"。

可以把 1960s--1972 看成：
"分组交换从理论想法 → 被真正造出来并跑起来"的阶段。

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1.6.2 专用网络和网络互联（1972--1980）

这一阶段的关键词：更多网络出现 + 如何把不同网络连在一起 = 互联（internetworking）

1. 早期 ARPANET 的特点

• 一开始 ARPANET 是"单一封闭网络"，只连着研究机构的主机。
• 不同主机间通信要依赖一个早期的主机协议 NCP。

1972 年左右，ARPANET 已经扩展到十几台主机，多所高校加入。

• 1972 年还发生了两件小事：
  • 第一个网络控制协议 NCP 写成 RFC
  • Ray Tomlinson 写出了第一版电子邮件程序（可以发邮件了）

2. 各种"专用分组网络"开始冒头

除了 ARPANET，世界各地开始出现各种"专门用途的分组网络"，比如：

• ALOHA 网络：夏威夷的一个无线分组网络，用无线电把各岛的计算机连在一起，是后来以太网、WiFi 的重要灵感来源。
• 各种商用分组网络：Telenet 等，把 ARPANET 技术商用化。
• IBM、GE 等公司也有自己的专用网络体系。

整体上看：
大量"各自为政"的网络出现了 ------ 大家都有自己的协议、自己的网络。

3. 需要解决的新问题：网络与网络之间怎么互通？

这时大家意识到：

不能永远搞各家封闭网络，

需要一种机制，让不同网络之间能互相通信。

这就是后来 "Internet（互连网）" 的真正含义：

• 不只是一个网络，而是"网络的网络"；
• 要有一组通用协议，让不同网络之间都能说话。

在这个背景下，TCP/IP 的雏形 出现了：

• 由 Vint Cerf 和 Bob Kahn 等人提出；
• 目的就是：让不同网络像一个统一的大网络一样运作。

1970s 的主线可以总结成：
"有很多专用分组网络 → 我们需要一种办法把它们连成一个更大的网"。

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1.6.3 网络的激增（1980--1990）

这一节主要讲两件事：

1. 连接到公共互联网的主机数量爆炸式增长
2. TCP/IP 和 DNS 等关键协议标准化、普及

1. 主机数量从几百 → 几十万

• 70 年代末：大概有 200 台主机接入 ARPANET。
• 到 80 年代末：连到公共互联网的主机数已经接近 十万台。

这其中起重要推动作用的是一系列学术网络：

• BITNET、CSNET：把更多高校研究人员连起来。
• 最重要的是 NSFNET （美国国家科学基金会网络）：
  • 提供高速骨干，把很多大学和研究机构接入；
  • 80 年代末主体速率到 1.5 Mbps，后来逐渐成为互联网骨干之一。

2. TCP/IP 成为"官方标准"

• 1983 年 1 月 1 日，ARPANET 统一切换到 TCP/IP 协议族 ，
  标志着 TCP/IP 成为标准主机协议，替代早期 NCP。
• 同期还发展了非常关键的协议：
  • DNS（域名系统） ：
    • 负责把像 gaia.cs.umass.edu 这样的名字映射为 32 位 IP 地址。
    • 解决"人记不住IP地址，只记得名字"的问题。
  • TCP 本身也在 80 年代得到改进（拥塞控制等）。

可以把 80s 看成：
"TCP/IP + DNS 成熟并占领了主流；互联网从科研网 → 面向更多机构的基础设施"。

同时，法国还搞了一个很有意思的东西：Minitel 系统（你可以把它当作法国版"早期上网终端 + 服务平台"），虽然在 90 年代后期逐渐被因特网替代，但在当时很成功。

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1.6.4 因特网爆炸：20 世纪 90 年代

这一节对你最有感觉，因为跟"我们现在用的互联网"非常接近。

1. 90 年代初的一个大事件：NSFNET 解封商业化

• 之前的 NSFNET 主要用于学术科研，商业用途受限。
• 90 年代中期后，NSFNET 退出对公共互联网主干的直接运营，
  商业运营商开始大规模提供互联网接入。

这为"互联网商业化"打下基础。

2. 真正改变世界的东西：万维网（WWW）

WWW 不是整个互联网，而是跑在互联网之上的一个"应用系统"。

关键要素：

• HTML：页面内容的标记语言
• HTTP：浏览器和 Web 服务器之间通信的协议
• URL：统一资源定位符，一种统一的地址表示方式
• Web 浏览器：给用户看网页的程序

这些东西由 Tim Berners-Lee 在 CERN 工作时提出，被称为 Web 的发明者。

之后几件大事：

• 1993 年左右：第一个带 GUI 的浏览器 Mosaic 出现，
  让普通人也可以"点点鼠标就上网看网页"。
• 1994--1995：Netscape 公司推出浏览器，90 年代中期几乎所有学校、公司都在用 Netscape 或后来微软的 IE 浏览器上网。
• 90 年代后期：各种 Web 服务、网站、电子商务迅速兴起。

与此同时，出现了很多你耳熟能详的早期互联网应用：

• 电子邮件（本书前面已经提到）
• Web 浏览与搜索
• 即时通讯（早期聊天工具）
• P2P 文件共享（Napster 等）

3. 1995--2001：互联网泡沫

• 这段时间是"互联网创业公司狂飙"的阶段：
  • 各种公司上线，靠讲"互联网故事"上市，估值巨大。
• 2000--2001 年泡沫破裂，很多公司倒闭；
• 但也留下了一批真正成功的巨头：
  • 微软、思科、雅虎、eBay、谷歌、亚马逊等。

总之，90 年代是：
"Web + 浏览器 + 商业资本 → 互联网真正进入大众视野"的时代。

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1.6.5 最新发展（2000 年以后）

这部分离你最近，说的是"现代互联网长成现在这个样子"的关键变化。

书里提了几个重要趋势：

1. 家庭宽带与视频时代

• 2000 年后，ADSL、电缆调制解调器、光纤等宽带接入普及。
• 下载/上传速度大幅提升，使得：
  • YouTube 一类的"用户上传视频网站"成为可能；
  • Netflix 一类的"在线视频点播"可行；
  • Skype / Facetime / 视频会议等实时音视频应用兴起。

2. 无线 & 移动互联网

• 公共 WiFi、高速 3G/4G/5G 移动网络普及。
• 智能手机、平板的出现（iPhone、安卓手机、iPad 等），
  让人们"随时随地上网"变成现实。

这直接催生了各种"基于位置的 App、移动社交、移动支付"等。

3. 社交网络的崛起

• Instagram、Twitter、微信（中国）等社交应用爆发：
  • 把人和人连接起来，形成巨大的"社交图谱"；
  • 用户不仅是"消费者"，也是"内容的生产者"。
• 通过它们提供的 API，很多新的联网应用和游戏也能"接入社交图谱"，进一步增强黏性。

4. 在线服务、云计算

• 大公司（如 Google、Microsoft）部署了超大规模的数据中心：
  • 搜索、邮箱、网盘、在线办公... 全部跑在云端。
• "云计算"平台出现（如亚马逊 EC2、微软 Azure）：
  • 企业不必自己买一大堆服务器，只需租云上的计算和存储。
  • 这极大降低了互联网创业的门槛。

2000 年以后可以总结为：
"宽带 + 移动 + 社交 + 云"共同把互联网推向了一个无处不在、深度融入生活的阶段。